JP2019156110A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の路面状況に応じた反力を運転者に与えることができるようになる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】車両用操舵装置１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクに基づいて転舵モータ３１の目標電流を設定し、転舵モータ３１に流れるモータ電流が目標電流と等しくなるように転舵モータ３１をトルクフィードバック制御する転舵モータ制御部５０と、転舵角センサ３７の出力信号に基づいて演算される転舵輪の転舵角に基づいて第２軸の目標回転角を演算し、第２軸の回転角が目標回転角に等しくなるように、第２軸モータ１４を角度フィードバック制御する第２軸モータ制御部７０とを含む。【選択図】図２

Description

この発明は、操向のために操作される操舵部材と転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータによって転舵機構が駆動される車両用操舵装置に関する。

操舵部材としてのステアリングホイールと転舵機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作に応じて制御される転舵モータの駆動力を転舵機構に伝達するステア・バイ・ワイヤシステムが提案されている。このようなステア・バイ・ワイヤシステムでは、一般的に、ステアリングホイールの操舵角に基づいて目標転舵角を設定し、転舵輪の転舵角が目標転舵角と等しくなるように転舵モータが角度制御される。一方、操舵反力については、一般的に、車速や操舵角等の状態量から路面反力を推定し、反力モータのモータトルクが推定された路面反力と等しくなるように、反力モータがトルク制御される（下記特許文献１参照）。

特許第４３５５８７４号公報

前述の特許文献１に記載のステア・バイ・ワイヤシステムでは、実際の路面反力を間接的な状態量から推定しているため、実際の路面反力を精度よく再現することは困難であり、実際の路面状況に応じた反力を運転者に与えることができない。
この発明の目的は、実際の路面状況に応じた反力を運転者に与えることができるようになる車両用操舵装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、操向のために操作される操舵部材（２）と転舵輪（３）を転舵するための転舵機構（４）とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータ（３１）によって前記転舵機構が駆動される車両用操舵装置（１）であって、前記操舵部材に連結される第１軸（７）と、前記第１軸に一端が連結されるトーションバー（８）と、前記トーションバーの他端に連結される第２軸（９）と、前記第２軸に連結され、前記第２軸の回転角を制御するための第２軸モータ（１４）と、前記操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出部（１２）と、前記転舵輪の転舵角を検出するための転舵角検出部（３７）と、前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて前記転舵モータの目標電流を設定し、前記転舵モータに流れるモータ電流が前記目標電流と等しくなるように前記転舵モータをトルクフィードバック制御する転舵モータ制御部（５０）と、前記転舵角検出部によって検出される前記転舵輪の転舵角に基づいて前記第２軸の目標回転角を演算し、前記第２軸の回転角が前記目標回転角に等しくなるように、前記第２軸モータを角度フィードバック制御する第２軸モータ制御部（７０）とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて転舵モータの目標電流が設定され、転舵モータに流れるモータ電流が目標電流に等しくなるように転舵モータがトルクフィードバック制御される。つまり、操舵トルクに基づいてトルクフィードバック制御される転舵モータのモータトルクによって、転舵輪の転舵角が制御される。したがって、転舵輪の転舵角は、操舵トルクと路面反力とに応じた角度となる。これにより、転舵輪の転舵角は、路面反力が反映された角度となる。例えば、路面反力が小さい場合は、操舵トルクに対する転舵角は大きくなる。路面反力が大きい場合は、操舵トルクに対する転舵角は小さくなる。

そして、路面反力が反映された転舵輪の転舵角に基づいて第２軸の目標回転角が演算され、第２軸の回転角が目標回転角に等しくなるように第２軸モータが角度フィードバック制御される。これにより、路面反力が小さいときには、操舵トルクに対する第２軸の回転角が大きくなり、トーションバーの捻じれが小さくなるので、操舵反力は小さくなる。一方、路面反力が大きいときには、操舵トルクに対する第２軸の回転角が小さくなり、トーションバーの捻じれが大きくなので、操舵反力は大きくなる。これにより、実際の路面状況に応じた反力を運転者に与えることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記転舵モータ制御部は、前記目標電流を設定する目標電流設定部（５１）と、前記転舵モータに流れるモータ電流が前記目標電流設定部によって設定される前記目標電流と等しくなるように前記転舵モータをトルクフィードバック制御するトルクフィードバック制御部（５２，５３）とを含み、前記目標電流設定部は、前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて目標アシストトルクを設定し、当該目標アシストトルクと前記トルク検出部によって検出される操舵トルクとの加算値に対応するモータ電流を前記目標電流として設定するか、または前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて目標アシストトルクに応じた第１目標電流を設定し、当該第１目標電流と前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに応じた第２目標電流との加算値を前記目標電流として設定するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置である。

請求項３に記載の発明は、前記第２軸モータ制御部は、前記第２軸の目標回転角を演算する目標回転角演算部（７１）と、前記第２軸の回転角が前記目標回転角演算部によって演算される目標回転角に等しくなるように、前記第２軸モータを角度フィードバック制御する角度フィードバック制御部（７２，７３）とを含み、前記目標回転角演算部は、前記転舵角検出部によって検出される前記転舵輪の転舵角に予め設定された仮想オーバーオール比を乗算することにより、前記目標転舵角を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置である。

請求項４に記載の発明は、前記第２軸モータ制御部は、前記第２軸の目標回転角を演算する目標回転角演算部（７１，８４）と、前記第２軸の回転角が前記目標回転角演算部によって演算される目標回転角に等しくなるように、前記第２軸モータを角度フィードバック制御する角度フィードバック制御部（７２，７３）とを含み、前記目標回転角演算部は、車速に応じた車速ゲインを設定し、予め設定された仮想オーバーオール比に前記車速ゲインを乗算した値を、前記転舵角検出部によって検出される前記転舵輪の転舵角に乗算することにより、前記目標転舵角を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置である。

請求項５に記載の発明は、前記転舵機構は、前記転舵モータによって軸方向移動されるラック軸（１７）を含み、前記転舵角検出部は、前記ラック軸の軸方向変位を検出する転舵角センサを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
請求項５に記載の発明は、前記転舵機構は、前記転舵モータによって回転されるピニオン（３４）と、前記ピニオン（３４）と噛み合うラック（３５）を有するラック軸（１７）とを含み、前記転舵角検出部は、前記ピニオン（３４）の回転角を検出する転舵角センサを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。

図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための図解図である。 図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、転舵モータの構成を説明するための図解図である。 図４は、転舵モータ制御部の構成を説明するためのブロック図である。 図５は、目標アシストトルク設定部による目標アシストトルクの設定例を説明するためのグラフである。 図６は、第２軸モータ制御部の構成を説明するためのブロック図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
車両用操舵装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪３を転舵するための転舵機構４と、ステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト５とを含む。ただし、ステアリングシャフト５は、転舵機構４に機械的に連結されていない。

ステアリングシャフト５は、ステアリングホイール２に連結された第１軸７と、第１軸７に一端が連結されるトーションバー８と、トーションバー８の他端に連結される第２軸９とを含む。
トーションバー８の近傍には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、第１軸７および第２軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクＴの大きさが大きくなるものとする。

第２軸９には、減速機１３を介して、第２軸９の回転角を制御するための第２軸モータ１４が連結されている。第２軸モータ１４は、第２軸９の回転角を制御するための電動モータである。減速機１３は、第２軸モータ１４の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、第２軸９に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。第２軸モータ１４には、第２軸モータ１４の回転角を検出するための回転角センサ１５が設けられている。

転舵機構４は、転舵軸としてのラック軸１７と、ラック軸１７に転舵力を付与するための転舵アクチュエータ３０とを含む。ラック軸１７の各端部には、タイロッド１８およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。
転舵アクチュエータ３０は、転舵モータ３１と、減速機３２と、ピニオン軸３３と、ピニオン３４と、ラック３５とを含む。ピニオン軸３３は、ステアリングシャフト５とは、分離して配置されている。減速機３２は、転舵モータ３１の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸（図示略）と、このウォーム軸と噛み合い、ピニオン軸３３に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール（図示略）とを含むウォームギヤ機構からなる。

ピニオン３４は、ピニオン軸３３の先端に連結されている。ラック３５は、ラック軸１７の軸方向の一端部に設けられている。ピニオン３４は、ラック３５に噛み合っている。
転舵モータ３１には、転舵モータ３１の回転角を検出するための回転角センサ３６が設けられている。ラック軸１７の近傍には、ラック軸１７の軸方向移動量を検出するためのストロークセンサ（以下、「転舵角センサ」という。）３７が配置されている。転舵角センサ３７が検出したラック軸１７の軸方向移動量から、転舵輪３の転舵角δ（キングピン回りのタイヤの転舵角）が検出されるようになっている。

回転角センサ１５，３６、転舵角センサ３７および車速センサ３８の出力信号は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）４０に入力される。ＥＣＵ４０は、これらの入力信号に基づいて、転舵モータ３１および第２軸モータ１４を制御する。
図２は、ＥＣＵ４０の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータ４１と、マイクロコンピュータ４１によって制御され、転舵モータ３１に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４２と、転舵モータ３１に流れるモータ電流を検出する電流検出部４３と、マイクロコンピュータ４１によって制御され、第２軸モータ１４に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４４と、第２軸モータ１４に流れるモータ電流を検出する電流検出部４５とを備えている。

マイクロコンピュータ４１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、転舵モータ３１を制御するための転舵モータ制御部５０と、第２軸モータ１４を制御するための第２軸モータ制御部７０とを備えている。

転舵モータ制御部５０は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴおよび車速センサ３８によって検出される車速Ｖ、回転角センサ３６の出力信号および電流検出部４３によって検出される電流に基づいて、駆動回路４２を制御する。これにより、転舵モータ３１は、操舵トルクＴおよび車速Ｖに応じたモータトルクを発生するように制御される。

第２軸モータ制御部７０は、転舵角センサ３７の出力信号、回転角センサ１５の出力信号および電流検出部４５によって検出される電流に基づいて、駆動回路４４を制御する。これにより、第２軸モータ１４は、第２軸９が転舵輪３の転舵角δに応じた回転角となるように制御される。
転舵モータ３１は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。転舵モータ３１は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。

各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１００とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（ロータ角（電気角））θｓは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θｓに従う実回転座標系である。このロータ角θｓ_-を用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。第２軸モータ１４は、例えば三相ブラシレスモータからなり、転舵モータ３１と同様な構造を有している。

図４は、転舵モータ制御部５０の構成を説明するためのブロック図である。
転舵モータ制御部５０は、目標電流設定部５１と、電流偏差演算部５２と、ＰＩ（比例積分）制御部５３と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部５４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部５５と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５６と、回転角演算部５７とを含む。
目標電流設定部５１は、転舵モータ３１の目標電流を演算する。目標電流設定部５１は、目標アシストトルク設定部６１と加算部６２と目標電流演算部６３とを含む。

目標アシストトルク設定部６１は、アシストトルクの目標値である目標アシストトルクＴａを設定する。目標アシストトルク設定部６１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴと車速センサ３８によって検出される車速Ｖとに基づいて、目標アシストトルクＴａを設定する。操舵トルクＴに対する目標アシストトルクＴａの設定例は、図５に示されている。目標アシストトルクＴａは、転舵モータ３１から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、転舵モータ３１から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。

目標アシストトルクＴａは、操舵トルクＴの正の値に対しては正をとり、操舵トルクＴの負の値に対しては負をとる。そして、目標アシストトルクＴａは、操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、目標アシストトルクＴａは、車速センサ３８によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。

加算部６２は、目標アシストトルク設定部６１によって設定される目標アシストトルクＴａにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴを加算する。
目標電流演算部６３は、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を目標電流値として演算する。具体的には、目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を演算する。さらに具体的には、目標電流演算部６３は、目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊を有意値とする一方で、目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊を零とする。より具体的には、目標電流演算部６３は、加算部６２によって演算されたトルク（Ｔ＋Ｔａ）を、転舵モータ３１のトルク定数で除算することにより、目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊を演算する。目標電流演算部６３によって演算された目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部５２に与えられる。

回転角演算部５７は、回転角センサ３６の出力信号に基づいて、転舵モータ３１のロータの回転角（電気角。以下、「ロータ角θｓ」という。）を演算する。
電流検出部４３は、転舵モータ３１のＵ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部４３によって検出された三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５６に与えられる。

ＵＶＷ／ｄｑ変換部５６は、電流検出部４３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ（Ｕ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部５２に与えられる。ＵＶＷ／ｄｑ変換部５６における座標変換には、回転角演算部５７によって演算されたロータ角θｓが用いられる。

電流偏差演算部５２は、目標電流設定部５１によって設定される目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部５６から与えられる二相検出電流Ｉ_ｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部５２は、目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差および目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部５３に与えられる。

ＰＩ制御部５３は、電流偏差演算部５２によって演算される電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、転舵モータ３１に印加すべき目標二相電圧Ｖ_ｄｑ ^＊（目標ｄ軸電圧Ｖ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電圧Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この目標二相電圧Ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部５４に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部５４は、目標二相電圧Ｖ_ｄｑ ^＊を目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部５７によって演算されたロータ角θｓが用いられる。目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、目標Ｕ相電圧Ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧Ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧Ｖ_Ｗ ^＊からなる。この目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部５５に与えられる。

ＰＷＭ制御部５５は、目標Ｕ相電圧Ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧Ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路４２に供給する。
駆動回路４２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部５５から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、目標三相電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が転舵モータ３１の各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３に印加される。

電流偏差演算部５２およびＰＩ制御部５３は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、転舵モータ３１に流れるモータ電流が、目標電流設定部５１によって設定される目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。
図６は、第２軸モータ制御部７０の構成を説明するためのブロック図である。

第２軸モータ制御部７０は、目標回転角演算部７１と、角度偏差演算部７２と、ＰＩ制御部７３と、角速度偏差演算部７４と、ＰＩ制御部７５と、電流偏差演算部７６と、ＰＩ制御部７７と、ｄｑ／ＵＶＷ変換部７８と、ＰＷＭ制御部７９と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部８０と、回転角演算部８１と、第２軸回転角演算部８２と、角速度演算部８３とを含む。
回転角演算部８１は、回転角センサ１５の出力信号に基づいて、第２軸モータ１４のロータの電気角θｒおよび機械角θｍを演算する。第２軸回転角演算部８２は、第２軸モータ１４のロータの機械角θｍを減速機１３の減速比で除算することにより、第２軸９の回転角（第２軸回転角）θｈを演算する。この実施形態では、第２軸回転角演算部８２は、第２軸９の中立位置（基準位置）からの第２軸９の正逆両方向の回転量（回転角）を演算するものであり、中立位置から左方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から右方向への回転量を例えば負の値として出力する。

目標回転角演算部７１は、まず、転舵角センサ３７の出力に基づいて転舵輪３の転舵角δを演算する。そして、目標回転角演算部７１は、得られた転舵角δに予め設定された所定値γを乗算することによって、第２軸９の目標回転角θｈ^＊を演算する。
所定値γは、転舵角δに対する第２軸９の目標回転角θｈ^＊の比を決める値であり、オーバーオール比に相当する。したがって、第２軸９の目標回転角θｈ^＊は、車両用操舵装置１が、ステアリングホイール２と転舵機構４とが機械的に連結されかつオーバーオール比が前記所定値γであるような車両用操舵装置であると仮定した場合の、転舵角δに対応した第２軸９の回転角に相当する。以下において、所定値γを「仮想オーバーオール比γ」という場合がある。この実施形態では、仮想オーバーオール比γは、予め設定されて、図示しない不揮発性メモリに記憶されている。

角度偏差演算部７２は、目標回転角演算部７１によって演算される目標回転角θｈ^＊と、第２軸回転角演算部８２によって演算される第２軸回転角θｈとの偏差Δθｈ（＝θｈ^＊−θｈ）を演算する。
ＰＩ制御部７３は、角度偏差演算部７２によって演算される角度偏差Δθｈに対するＰＩ演算を行なうことにより、第２軸９の回転角速度の目標値である目標回転角速度ωｈ^＊を演算する。ＰＩ制御部７３によって演算される目標回転角速度ωｈ^＊は、角速度偏差演算部７４に与えられる。

角速度演算部８３は、第２軸回転角演算部８２によって演算される第２軸回転角θｈを時間微分することによって、第２軸回転角θｈの回転角速度ωｈを演算する。角速度演算部８３によって演算される回転角速度ωｈは、角速度偏差演算部７４に与えられる。
角速度偏差演算部７４は、ＰＩ制御部７３によって演算される目標回転角速度ωｈ^＊と、角速度演算部８３によって演算される回転角速度ωｈとの偏差Δωｈ（＝ωｈ^＊−ωｈ）を演算する。

ＰＩ制御部７５は、角速度偏差演算部７４によって演算される角速度偏差Δωｈに対するＰＩ演算を行なうことにより、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流の目標値である目標電流を演算する。具体的には、ＰＩ制御部７５は、目標ｄ軸電流ｉ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を演算する。さらに具体的には、ＰＩ制御部７５は、角速度偏差Δωｈに対するＰＩ演算結果を目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊として設定する一方で、目標ｄ軸電流ｉ_ｄ ^＊を零に設定する。ＰＩ制御部７５によって演算される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部７６に与えられる。

電流検出部４５は、第２軸モータ１４のＵ相電流ｉ_Ｕ、Ｖ相電流ｉ_ＶおよびＷ相電流ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。電流検出部４５によって検出された三相検出電流ｉ_ＵＶＷは、ＵＶＷ／ｄｑ変換部８０に与えられる。
ＵＶＷ／ｄｑ変換部８０は、電流検出部４５によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ｉ_ＵＶＷ（Ｕ相電流ｉ_Ｕ、Ｖ相電流ｉ_ＶおよびＷ相電流ｉ_Ｗ）を、ｄｑ座標系の二相検出電流ｉ_ｄおよびｉ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。この二相検出電流ｉ_ｄｑが電流偏差演算部７６に与えられる。ＵＶＷ／ｄｑ変換部８０における座標変換には、回転角演算部８１によって演算された電気角θｒが用いられる。

電流偏差演算部７６は、ＰＩ制御部７５から出力される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊と、ＵＶＷ／ｄｑ変換部８０から与えられる二相検出電流ｉ_ｄｑとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部７６は、目標ｄ軸電流ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流ｉ_ｄの偏差および目標ｑ軸電流ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部７７に与えられる。

ＰＩ制御部７７は、電流偏差演算部７６によって演算される電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、第２軸モータ１４に印加すべき目標二相電圧ｖ_ｄｑ ^＊（目標ｄ軸電圧ｖ_ｄ ^＊および目標ｑ軸電圧ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この目標二相電圧ｖ_ｄｑ ^＊は、ｄｑ／ＵＶＷ変換部７８に与えられる。
ｄｑ／ＵＶＷ変換部７８は、目標二相電圧ｖ_ｄｑ ^＊を目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換する。この座標変換には、回転角演算部８１によって演算された電気角θｒが用いられる。目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊は、目標Ｕ相電圧ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧ｖ_Ｗ ^＊からなる。この目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部７９に与えられる。

ＰＷＭ制御部７９は、目標Ｕ相電圧ｖ_Ｕ ^＊、目標Ｖ相電圧ｖ_Ｖ ^＊および目標Ｗ相電圧ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路４４に供給する。
駆動回路４４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部７９から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、目標三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が第２軸モータ１４の各相のステータ巻線に印加される。

角度偏差演算部７２およびＰＩ制御部７３は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、第２軸９の回転角θｈが、目標回転角演算部７１によって設定される第２軸９の目標回転角θｈ^＊に近づくように制御される。また、角速度偏差演算部７４およびＰＩ制御部７５は、角速度フィードバック制御手段を構成している。この角速度フィードバック制御手段の働きによって、回転角速度ωｈが、ＰＩ制御部７３によって演算される目標回転角速度ωｈ^＊に近づくように制御される。また、電流偏差演算部７６およびＰＩ制御部７７は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、第２軸モータ１４に流れるモータ電流が、ＰＩ制御部７５から出力される目標二相電流ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。

前述の実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴに基づいて転舵モータ３１の目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊が設定され、転舵モータ３１に流れるモータ電流が目標二相電流Ｉ_ｄｑ ^＊に等しくなるように転舵モータ３１がトルクフィードバック制御される。つまり、操舵トルクＴに基づいてトルクフィードバック制御される転舵モータ３１のモータトルクによって、転舵輪３の転舵角δが制御される。したがって、転舵輪３の転舵角δは、操舵トルクＴ（より具体的には操舵トルクＴと操舵トルクＴに基づいて演設定演算されるアシストトルクＴａとの和）と路面反力とに応じた角度となる。これにより、転舵輪３の転舵角δは、路面反力が反映された角度となる。例えば、路面反力が小さい場合は、操舵トルクＴに対する転舵角δは大きくなる。路面反力が大きい場合は、操舵トルクＴに対する転舵角δは小さくなる。

そして、路面反力が反映された転舵輪３の転舵角δに基づいて第２軸９の目標回転角θｈ^＊が演算され、第２軸９の回転角θｈが目標回転角θｈ^＊に等しくなるように第２軸モータ１４が角度フィードバック制御される。これにより、路面反力が小さいときには、操舵トルクＴに対する第２軸９の回転角θｈが大きくなり、トーションバー８の捻じれが小さくなるので、操舵反力は小さくなる。一方、路面反力が大きいときには、操舵トルクＴに対する第２軸９の回転角θｈが小さくなり、トーションバー８の捻じれが大きくなので、操舵反力は大きくなる。これにより、実際の路面状況に応じた反力を運転者に与えることができるようになる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、転舵モータ制御部５０内の目標電流設定部５１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴおよび車速センサ３８によって検出される車速Ｖに基づいて、目標アシストトルクＴａに応じた第１目標電流を設定し、操舵トルクＴに応じた第２目標電流と第１目標電流との加算値を目標ｑ軸電流Ｉ_ｑ ^＊として設定してもよい。目標ｄ軸電流Ｉ_ｄ ^＊は零に設定される。

第２軸モータ制御部７０は、図６に一点鎖線で示すように、車速センサ３８によって検出される車速Ｖに基づいて車速ゲインＧを設定する車速ゲイン設定部８４をさらに含んでいてもよい。車速ゲインＧは、例えば０．５以上１．５以下の値をとる。車速ゲイン設定部８４は、例えば、車速センサ３８によって検出される車速Ｖが大きいほど車速ゲインＧが大きくなるように、車速ゲインＧを設定する。車速ゲイン設定部８４によって設定された車速ゲインＧは、目標回転角演算部７１に設定される。

目標回転角演算部７１は、まず、転舵角センサ３７の出力に基づいて転舵輪３の転舵角δを演算する。そして、目標回転角演算部７１は、仮想オーバーオール比γに車速ゲインＧを乗算した値を、得られた転舵角δに乗算することによって、第２軸の目標回転角θｈ^＊を演算する。これにより、車速が大きいときには、車速が小さいときに比べて、実質的にオーバーオール比を大きくすることができる。

また、前述の実施形態では、第２軸９の回転角θｈは第２軸モータ１４の回転角を検出する回転角センサ１５の出力に基づいて演算されている。しかし、図１に一点鎖線１６で示すように、第２軸９の近傍に第２軸９の回転角を検出するための回転角センサ１６を設け、当該回転角センサ１６によって第２軸９の回転角θｈを検出するようにしてもよい。この場合には、第２軸モータ制御部７０内の第２軸回転角演算部８２を省略できる。また、この場合には、第２軸モータ制御部７０内の角速度演算部８３は、回転角センサ１６によって検出される第２軸９の回転角θｈを時間微分することによって、第２軸９の回転角速度ωｈを演算する。

また、前述の実施形態では、ラック軸１７の軸方向移動量を検出するためのストロークセンサからなる転舵角センサ３７の出力信号に基づいて転舵角δを検出しているが、ピニオン３４（ピニオン軸３３）の回転角を検出する回転角センサからなる転舵角センサを設け、当該転舵角センサによって検出されるピニオン３４（ピニオン軸３３）の回転角に基づいて転舵角δを検出するようにしてもよい。また、転舵モータ３１の回転角を検出するための回転角センサ３６の出力信号に基づいて、転舵角δを演算するようにしてもよい。この場合には、転舵角センサ３７を省略できる。

また、前述の実施形態では、目標アシストトルク設定部６１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴと車速センサ３８によって検出される車速Ｖとに基づいて、目標アシストトルクＴａを設定している。しかし、目標アシストトルク設定部６１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴのみに基づいて、目標アシストトルクＴａを設定するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、目標電流演算部６３は、目標アシストトルク設定部６１によって設定される目標アシストトルクＴａとトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴとの加算値に基づいて、目標電流値を演算している。しかし、目標電流演算部６３は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴのみに基づいて、目標電流値を演算するようにしてもよい。

この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…車両用操舵装置、２…ステアリングホイール、３…転舵輪、４…転舵機構、５…ステアリングシャフト、７…第１軸、８…トーションバー、９…第２軸、１２…トルクセンサ、１４…第２軸モータ、１５…回転角センサ、３１…転舵モータ、３６…回転角センサ、３７…転舵角センサ、４０…ＥＣＵ、４１…マイクロコンピュータ、５０…転舵モータ制御部、５１…目標電流設定部、６１…目標アシストトルク設定部、６２…加算部、６３…目標電流演算部、７０…第２軸モータ制御部、７１…目標回転角演算部、８２…第２軸回転角演算部、８３…角速度演算部、８４…車速ゲイン設定部

Claims (6)

1. 操向のために操作される操舵部材と転舵輪を転舵するための転舵機構とが機械的に結合されていない状態で、転舵モータによって前記転舵機構が駆動される車両用操舵装置であって、
   前記操舵部材に連結される第１軸と、
   前記第１軸に一端が連結されるトーションバーと、
   前記トーションバーの他端に連結される第２軸と、
   前記第２軸に連結され、前記第２軸の回転角を制御するための第２軸モータと、
   前記操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記転舵輪の転舵角を検出するための転舵角検出部と、
   前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて前記転舵モータの目標電流を設定し、前記転舵モータに流れるモータ電流が前記目標電流と等しくなるように前記転舵モータをトルクフィードバック制御する転舵モータ制御部と、
   前記転舵角検出部によって検出される前記転舵輪の転舵角に基づいて前記第２軸の目標回転角を演算し、前記第２軸の回転角が前記目標回転角に等しくなるように、前記第２軸モータを角度フィードバック制御する第２軸モータ制御部とを含む、車両用操舵装置。
2. 前記転舵モータ制御部は、
   前記目標電流を設定する目標電流設定部と、
   前記転舵モータに流れるモータ電流が前記目標電流設定部によって設定される前記目標電流と等しくなるように前記転舵モータをトルクフィードバック制御するトルクフィードバック制御部とを含み、
   前記目標電流設定部は、
   前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて、目標アシストトルクを設定し、当該目標アシストトルクと前記トルク検出部によって検出される操舵トルクとの加算値に対応するモータ電流を前記目標電流として設定するか、または
   前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに基づいて、目標アシストトルクに応じた第１目標電流を設定し、当該第１目標電流と前記トルク検出部によって検出される操舵トルクに応じた第２目標電流との加算値を前記目標電流として設定するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記第２軸モータ制御部は、
   前記第２軸の目標回転角を演算する目標回転角演算部と、
   前記第２軸の回転角が前記目標回転角演算部によって演算される目標回転角に等しくなるように、前記第２軸モータを角度フィードバック制御する角度フィードバック制御部とを含み、
   前記目標回転角演算部は、前記転舵角検出部によって検出される前記転舵輪の転舵角に予め設定された仮想オーバーオール比を乗算することにより、前記目標転舵角を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記第２軸モータ制御部は、
   前記第２軸の目標回転角を演算する目標回転角演算部と、
   前記第２軸の回転角が前記目標回転角演算部によって演算される目標回転角に等しくなるように、前記第２軸モータを角度フィードバック制御する角度フィードバック制御部とを含み、
   前記目標回転角演算部は、車速に応じた車速ゲインを設定し、予め設定された仮想オーバーオール比に前記車速ゲインを乗算した値を、前記転舵角検出部によって検出される前記転舵輪の転舵角に乗算することにより、前記目標転舵角を演算するように構成されている、請求項１または２に記載の車両用操舵装置。
5. 前記転舵機構は、前記転舵モータによって軸方向移動されるラック軸を含み、
   前記転舵角検出部は、前記ラック軸の軸方向変位を検出する転舵角センサを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
6. 前記転舵機構は、前記転舵モータによって回転されるピニオンと、前記ピニオンと噛み合うラックを有するラック軸とを含み、
   前記転舵角検出部は、前記ピニオンの回転角を検出する転舵角センサを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。

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